氟代碳酸乙烯酯用作电解液添加剂的研究

在1 mol.L-1LiPF6碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)+碳酸甲乙酯(EMC)(EC、DMC、EMC体积比为1∶1∶1)的电解液中加入添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC),用循环伏安(CV)、恒流充放电、电化学阻抗谱(EIS)等方法,研究了FEC对电解液的电化学窗口、LiNi0.5Mn1.5O4/Li和Li/MCMB半电池的性能影响。结果表明,在电解液中添加10%的FEC,可以拓宽电解液的电化学窗口,能在MCMB表面形成稳定的固体电解质相界面(SEI)膜,在室温1 C倍率下,LiNi0.5Mn1.5O4/Li电池循环50次后容量保持率能达到97.31%。     

5V正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4-x)F_x(x=0,0.1)的流变相法制备与表征

采用流变相法结合高温热处理制备LiNi0.5Mn1.5O4-xFx(x=0,0.1)。用X射线衍射、扫描电镜和电化学测试等手段对合成材料进行了表征。结果表明,F的掺入抑制了LiNi0.5Mn1.5O4颗粒长大,增强了Li+在固相中的扩散能力,改善了电极与电解质溶液之间的界面性质,有效地提高了LiNi0.5Mn1.5O4的循环性能和倍率性能。0.2C放电时LiNi0.5Mn1.5O3.9F0.1的首次放电容量达到147.8mA.h/g,经80次循环后平均每次循环的容量衰减仅为0.0068%。而0.5C和2.0C放电时首次放电容量达到0.2C放电时的94.2%和83.8%。     

高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备及电化学性能

以可溶性的金属离子盐为原料,以(NH4)2CO3为沉淀剂,采用沉淀法制备正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,讨论了煅烧制度对材料性能的影响.采用X射线衍射、扫描电子显微镜和室温条件下充放电测试,对最终产物的物相、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明:在750、850、950℃均得到了纯相的LiNi0.5Mn1.5O4材料;在850℃制备的LiNi0.5Mn1.5O4具有最好的电化学性能,在0.1、0.5、1.0、5.0C充放电倍率下容量分别为126.1、125.0、120.0、105.0 mA.h/g,以0.5C的倍率循环100次后,容量仍有119.0 mA.h/g,与初始容量相比,保持率达到94％.     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料制备及其电化学性能研究

以二氧化锰、氧化镍和碳酸锂为原料,采用二次焙烧工艺制备了尖晶石型镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)正极材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、交流阻抗测试(EIS)和充放电测试对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料进行了表征。结果表明,合成的材料晶体结构完整,形貌规则,并且表现出优异的电化学性能,其0.2 C首次放电容量为134.6 mA·h/g,5 C首次放电容量为112.9 mA·h/g,5 C循环34次后容量保持率为103.3%。     

Al2O3包覆LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能

通过溶胶-凝胶法在LiNi0.5Mn0.5O2表面包覆一层Al2O3,采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),恒电流充放电和电化学阻抗谱(EIS)对材料的结构和形貌及电化学性能进行了研究。实验结果表明,经过包覆后,有效地抑制了电解液对正极材料的侵蚀,包覆量为1.0%(质量分数)放电容量略有提高,循环性能也得到明显改善。因此包覆是一种改善LiNi0.5Mn0.5O2材料的电化学性能的有效方法。     

烧结温度对LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2物理及其电化学性能的影响

以共沉淀法制备出的球形Ni0.5Co0.3Mn0.2(OH)2为前驱体,以碳酸锂为锂源,通过高温固相法合成了球形LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2正极材料。通过热重分析(TGA/DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、粒度分布、以及电化学性能的测试考查了不同烧结温度对LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2的物理性能及电化学性能的影响。结果表明,900℃下烧结得到的LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2晶体结构完整、球形形貌规则、粒度分布均匀,并表现出了优异的电化学性能,0.2 C首次放电容量达到了166.7 mA.h/g;1 C首次放电容量为151.6 mA.h/g,20次循环后,容量保持率高达97.9%。     

LiNi0.5Mn1.5O4及其复合物的制备、表征及电化学性能

为了改善Li Ni0.5Mn1.5O4的电化学性能,采用喷雾干燥法和静电纺丝法合成了Li Ni0.5Mn1.5O4前驱体。借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对Li Ni0.5Mn1.5O4进行了表征,采用恒流充放电、循环伏安及交流阻抗对其电化学性能进行了测试。结果表明:静电纺丝法制备的Li Ni0.5Mn1.5O4呈多孔的管状结构,颗粒粒径约为80 nm,其循环性能有待进一步提高。而喷雾干燥法制备的前驱体在900℃烧结合成的Li Ni0.5Mn1.5O4具有明显的尖晶石结构,颗粒分布均匀,颗粒平均粒径在1~2?m。静电纺丝法和喷雾干燥法合成的纯相Li Ni0.5Mn1.5O4在0.1 C倍率下首次充放电效率分别为48.1%、50.3%。喷雾干燥法制备的Li Ni0.5Mn1.5O4前驱体经碳包覆后的材料首次充放电效率提高到53.4%,在1 C倍率下循环200次后,容量保持率高达93.3%。     

三氟甲磺酸镁电解液添加剂对高压锂离子电池的影响

以三氟甲磺酸镁(MFS)作为高电压双功能电解液添加剂，用于提高Li/LiNi_0.5Mn_1.5O₄(Li/LNMO)电池的性能。采用线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)、充放电和交流阻抗(EIS)进行电化学性能测试，通过SEM、XPS、FTIR对含不同电解液的Li/LNMO电池循环前后的电极表面进行了表征。结果表明，MFS在充放电过程中优先于电解液溶剂氧化分解，在两个电极上形成电解液界面膜，对电极提供保护，抑制了电解液的分解。在MFS添加量(以基础电解液质量为基准，下同)为0.3%的电解液中，Li/LNMO电池在1 C倍率下循环300次后，放电比容量从初始时的135.12 mA·h/g降至123.86 mA·h/g，容量保持率高达91.67%。与电解液中未添加MFS的电池相比，其循环后阻抗明显减小，表现出较好的循环性能。     

离子液体作为电解液添加剂用于高压锂离子电池

合成了功能化离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺盐(BMIMTFSI)作为高压锂离子电池电解液添加剂,用于抑制有机溶剂的氧化,以提高碳酸酯类电解液的耐高压性。分别采用充放电测试、电化学交流阻抗(EIS)、循环伏安法(CV)和扫描电子显微镜(SEM)等研究了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li电池的电化学行为和LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料表面形貌。结果表明,当在电解液中添加20%(体积分数) BMIMTFSI时,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li电池在室温、0.2C下的最高放电比容量是126.81 mA·h·g~(-1),5C下的放电比容量为109.36 mA·h·g~(-1),比在1 mol·L~(-1)LiPF_6-EC/DMC电解液中的放电比容量提高了91.7%;且该电池在0.2C下循环50圈后的放电比容量保持率在95%左右,比用碳酸酯类电解液提高了近10%。SEM结果表明,在碳酸酯类电解液中加入BMIMTFSI后,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电极表面附着了一层均匀且致密的固态电解质界面(SEI)膜。     

低温熔盐燃烧法合成LiNi_(0.5-x)Mg_xMn_(1.5)O_4(x=0,0.05)及其电性能

为了快速、高效地制备5V锂离子电池正极材料,采用低温熔盐燃烧法合成了LiNi0.5Mn1.5O4粉末。X射线衍射分析表明:使用该方法,将原料在600℃焙烧1h即可获得单相LiNi0.5Mn1.5O4材料,Mg的掺杂有利于产物结晶性的提高。扫描电子显微镜观察表明,LiNi0.45Mg0.05Mn1.5O4的粒径为亚微米级的,且粒径分布均匀。制成电极后电性能研究表明,在3.5～5.0V的电压范围,75mA/g的电流密度下,该材料进行50次充放电循环后,放电比容量没有明显衰减。微量的Mg掺杂,可以提高样品的放电比容量,改善材料的首次充放电效率并提高材料的放电平台。600℃下焙烧5h所制备的LiNi0.45Mg0.05Mn1.5O4首次放电比容量为134(mA·h)/g,在电流密度为75mA/g下进行50次循环后保持率达100%。     

离子液体作为电解液添加剂用于高压锂离子电池

合成了功能化离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双（三氟甲磺酰）亚胺盐（BMIMTFSI）作为高压锂离子电池电解液添加剂,用于抑制有机溶剂的氧化,以提高碳酸酯类电解液的耐高压性。分别采用充放电测试、电化学交流阻抗（EIS）、循环伏安法（CV）和扫描电子显微镜（SEM）等研究了LiNi_0.5Mn_1.5O₄/Li电池的电化学行为和LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料表面形貌。结果表明,当在电解液中添加20% （体积分数）BMIMTFSI时,LiNi_0.5Mn_1.5O₄/Li电池在室温、0.2C下的最高放电比容量是126.81 mA·h·g^-1,5C下的放电比容量为109.36 mA·h·g^-1,比在1 mol·L^-1 LiPF₆-EC/DMC电解液中的放电比容量提高了91.7%;且该电池在0.2C下循环50圈后的放电比容量保持率在95%左右,比用碳酸酯类电解液提高了近10%。SEM结果表明,在碳酸酯类电解液中加入BMIMTFSI后,LiNi_0.5Mn_1.5O₄电极表面附着了一层均匀且致密的固态电解质界面（SEI）膜。     

5 V尖晶石型无钴LiNi0.5Mn1.5O4正极材料进展综述

作为下一代锂离子电池或固态电池的候选正极材料,镍锰酸锂LiNi0.5Mn1.5O4正在吸引研究者的兴趣。本工作介绍了LiNi0.5Mn1.5O4的晶体结构、合成方法、电化学反应机制、材料的电学属性以及材料的优势,同时介绍了目前阻碍其产业化应用所存在的技术障碍：高温循环差、过程库伦效率低、金属溶出及相变、高电压下电解液分解、全电池产气等。针对存在的主要技术问题,深入讨论分析其内在的原因,并总结了若干材料层面的解决思路：微观形貌调控、新黏结剂匀浆策略、掺杂、包覆、高电压电解液匹配、制备过程控制、全电池应用研究等,另外还推测了可能的应用场景。LiNi0.5Mn1.5O4材料的商业化应用还有赖于电池层面的精细结构设计。综述目的是希望研究者更加关注LiNi0.5Mn1.5O4材料的产业化应用研究。     

溶胶凝胶法制备LiNi0．03Mn1．97O4及其电化学性能

采用溶胶凝胶法合成锂离子电池正极材料LiNi0.03Mn1.97O4,使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对合成材料的结构及物理性能进行了表征。将合成材料作为锂离子电池正极活性材料,考察烧结温度对其结构及电化学性能的影响。随着烧结温度的升高,尖晶石型结构越来越完整,初始放电比容量增大,但循环性能却逐渐变差。在750℃下烧结温度12h得到了性能较好的HNi0.03Mn1.97O4,首次放电比容量为118．7mA·h／g,50次循环后,其放电比容量仍保持在101．6mA·h／g,适合作为锂离子电池的正极材料。     

ZnF2包覆对锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的性能影响

本文用溶胶凝胶法制备了LiNi0.5Mn1.5O4正极材料,然后用ZnF2对其进行表面包覆。XRD测试表明,包覆处理没有影响材料的晶体结构,EDS、SEM和TEM测试表明,2wt%ZnF2在LiNi0.5Mn1.5O4表面形成了约7 nm厚的均匀包覆层。对未包覆、1wt%、2wt%、3wt%包覆后的材料进行电化学性能测试对比,发现包覆后都能减弱电解液与基体间的相互作用,较大地稳定电极表面,提高了材料的电化学性能。其中,2wt%ZnF2包覆样品表现出最佳的电化学性能,0.2 C倍率下循环200圈后,其放电比容量维持在109 mAh/g,容量保持率为79.7%;在10 C时,放电比容量依然高达102.1 mAh/g;5 C高倍率下循环500圈后,放电比容量维持在94.2 mAh/g,容量保持率为85.6%。     

Improving room-temperature electrochemical performance of solid-state lithium battery by using electrospun La2Zr2O7 fibers-filled composite solid electrolyte

Low ionic conductivity at room temperature and poor interfacial compatibility are the main obstacles to restrain the practical application of polymer solid electrolytes. In this work, lanthanum zirconate (LZO) fibers were prepared by electrospinning method and used for the first time as fillers in sandwich polypropylene carbonate (PPC)-based solid electrolyte. Meanwhile, a graphite coating was applied on one surface of the composite solid electrolyte (CSE) membrane. The results show that the LZO fibers significantly increases the room-temperature electrochemical performance of the CSE, and the graphite coating enhances the interfacial compatibility between electrolyte and lithium anode. Furthermore, an ultra-thin PPC-LZO CSE with a total thickness of 22 μm was prepared and used in NCM622/CSE/Li solid-state cell, which shows an initial discharge capacity of 165.6 mAh/g at the current density of 0.5C and a remaining capacity of 113.0 mAh/g after 250 cycles at room temperature. Rise to 1C, the cell shows an initial discharge capacity of 154.2 mAh/g with a remaining capacity of 95.6 mAh/g after 250 cycles. This ultra-thin CSE is expected to be widely applied in high energy-density solid-state battery with excellent room-temperature electrochemical performances.     

1-Alkyl-2,3-dimethylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ionic liquids as highly safe electrolyte for Li/LiFePO4 battery

Several 1-alkyl-2,3-dimethylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ionic liquids (alkyl-DMimTFSI) were prepared by changing carbon chain lengths and configuration of the alkyl group, and their electrochemical properties and compatibility with Li/LiFePO₄ battery electrodes were investigated in detail. Experiments indicated the type of ionic liquid has a wide electrochemical window (−0.16 to 5.2 V vs. Li⁺/Li) and are theoretically feasible as an electrolyte for batteries with metallic lithium as anode. Addition of vinylene carbonate (VC) improves the compatibility of alkyl-DMimTFSI-based electrolytes towards lithium anode and LiFePO₄ cathode, and enhanced the formation of solid electrolyte interface to protect lithium anodes from corrosion. The electrochemical properties of the ionic liquids obviously depend on carbon chain length and configuration of the alkyl, including ionic conductivity, viscosity, and charge/discharge capacity etc. Among five alkyl-DMimTFSI-LiTFSI-VC electrolytes, Li/LiFePO₄ battery with the electrolyte-based on amyl-DMimTFSI shows best charge/discharge capacity and reversibility due to relatively high conductivity and low viscosity, its initial discharge capacity is about 152.6 mAh g⁻¹, which the value is near to theoretical specific capacity (170 mAh g⁻¹). Although the battery with electrolyte-based isooctyl-DMimTFSI has lowest initial discharge capacity (8.1 mAh g⁻¹) due to relatively poor conductivity and high viscosity, the value will be dramatically added to 129.6 mAh g⁻¹ when 10% propylene carbonate was introduced into the ternary electrolyte as diluent. These results clearly indicates this type of ionic liquids have fine application prospect for lithium batteries as highly safety electrolytes in the future.     

正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能研究

为适应新能源汽车对动力电池材料高功率的性能要求,采用固相机械活化法制备了具有尖晶石结构的5 V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,并对所得样品进行了XRD分析、形貌观察、电化学性能测试等分析和表征。结果表明:实验得到的样品为纯相尖晶石结构,微观形貌为直径在10～15μm的八面体,且室温下首次放电(0.2 C)容量在130 mA.h/g左右,50次循环容量保持率为89%。